《表3 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er铝合金第二相的理化性质》

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《Zn、Mg和Cu元素对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er铝合金铸态组织及性能的影响》

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通过第一性原理计算四种Al-Zn-Mg-Cu铝合金基体中第二相的理化性质。表3为各第二相的形成热、结合能、费米能及弹性模量，以此对比分析各相的稳定性、耐腐蚀性及强韧性。由表3可知:（1）单质α-Al是不存在形成热的，其他各第二相的形成热ΔH均为负值，为自发进行的放热反应；（2）结合能E的绝对值越小，表示该化合物越不稳定，单质α-A是不存在结合能的，则其他各第二相的稳定性大小为Al3Zr>Al2Cu>Al2CuMg>Al ZnCu Mg>Mg Zn2，其中Mg Zn2结合能的绝对值最小，说明Mg Zn2的稳定性最差；（3）各第二相与α-Al相之间的费米能级差绝对值大小为Mg Zn2>AlZnCuMg>Al2CuMg>Al3Zr>Al2Cu，其中粗大的第二相Al ZnCu Mg、Al2CuMg及主强化相Mg Zn2易与α-Al基体构成微腐蚀原电池，降低合金的耐腐蚀能力；（4）杨氏模量E=9GB/（3B+G），其中，G为剪切模量，B为体模量。E越大，材料的刚度和抵抗变形的能力越强，各第二相的杨氏模量大小为Al3Zr>Al ZnCu Mg>Al2CuMg>Al2Cu>α-Al>Mg Zn2。其中Al3Zr杨氏模量最大，比α-Al基体的杨氏模量要高出很多，具有较强的刚度和抗变形能力，且均匀弥散分布，为增强增韧硬质相，提高基体强硬度。而Mg Zn2的杨氏模量小于α-Al基体，但其与α-Al基体半共格，且在α-Al基体中的固溶度大，具有显著的固溶强化作用，可提高合金的强硬度[15]。虽然AlZnCuMg、Al2CuMg和Al2Cu的杨氏模量明显大于α-Al，对合金有增强增韧的作用，但这些粗大的初生硬质相，在后续的加工成形及热处理过程中很难消除，极易在塑性变形过程中形成断裂源，降低强度及韧性。因此，合金材料中主强化相Mg Zn2和弥散第二相Al3Zr的数量越多，粗大硬脆杂相Al2CuMg、AlZnCuMg和Al2Cu等越少，对合金的综合性能越有利。